京大,水滴を弾く一方で水蒸気や有機分子を取り込む超撥水性材料を開発

京都大学の研究グループは,水滴を弾き,一方で水蒸気や有機分子を取り込むことが可能な多孔性構造体の開発に成功した(ニュースリリース)。この成果は,さまざまな分子を取り込むことが可能な超撥水性材料の新しい合成手法として期待されるもの。

材料表面が水滴を弾く性質(超撥水性)は,ガラス表面や外壁などに超撥水性をもつ素材をコーティングすることによって,清掃が不必要になるなど,役立つ機能として広く知られている。そして,この超撥水性は,特定の有機分子(トリフルオロメチル基または長鎖アルキル基など)を使用することや,材料表面の微細な加工による凹凸によって達成することができる。一方,これまでの方法では,超撥水性材料が気体や有機分子などを吸着する設計指針はなかった。

今回,有機物と無機物からなる「多孔性金属錯体(PCPまたはMOF,以下「PCP」)」というナノ細孔をもつ結晶性の多孔性材料を用いた。従来のPCPは,水滴をはじくどころか,水と接触すると構造崩壊が起こる。PCPの原料の有機物にフッ素原子や長鎖アルキル基を使用すると超撥水性をもち,吸着能のあるPCPを合成することは可能だったが,穴が少なくなってしまうという問題があった。そこで研究グループは,フッ素原子も長鎖アルキル基も使わず,PCPの粒子表面にあるベンゼン環の配列を精密に制御することによって,超撥水性を示すPCPの開発に成功した。

この成果により,フッ素原子および長鎖アルキル基を用いない新たな超撥水性材料の合成方法として,ベンゼン環の配列制御された表面を提案し,さらに細孔構造も構築した細孔性骨格(PCP)とすることにより,気体や有機分子を取り込む材料の開発に成功した。この新たな合成手法により,高効率な気体分離膜や水と空気からメタノールなどのエネルギー貯蔵分子の合成が可能な材料開発など,水中で気体を自在に扱う技術への応用などが期待される。